Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Химическая кинетика и равновесие.





Пример 1. Реакция протекает по уравнению

N2(г) + 3 H2(г) = 2 NH3(г) . Начальные концентрации веществ (моль/л): [N2] = 6; [H2] = 11,2; [NH3] = 0. Рассчитать константу равновесия реакции Кс, если к моменту равновесия прореагировало 40% исходного количества азота. Записать математическое выражение Кр и определить совпадают ли Кр и Кс численно.

Решение: В начальный момент времени в реакционной смеси присутствуют только азот и водород в начальных концентрациях. В процессе реакции их концентрации убывают, а концентрация аммиака увеличивается. После установления равновесия (когда скорости прямой и обратной реакций равны) в равновесной смеси присутствуют азот, водород и аммиак.

По условию задачи к моменту равновесия прореагировало 40% исходного количества азота: моль/л.

Сравнивая стехиометрические коэффициенты реакции, видим, что водорода расходуется в 3 раза больше, чем азота, т.е. 3´2,4 = 7,2 моль/л. Зная начальные концентрации веществ и количество их, вступившее в реакцию, можно найти равновесные концентрации: Сравн = СисхСпрореаг, т.е.

= 6,0 – 2,4 = 3,6 моль/л; = 11,2 – 7,2 = 4,0 моль/л.

Равновесную концентрацию NH3 находим из соотношения стехиометрических коэффициентов реакции. По реакции видим, что аммиака образуется в 2 раза больше, чем расходуется азота. Следовательно, равновесная концентрация аммиака.

=2,4 ´2 = 4,8 моль/л.

Наглядно эти рассуждения можно представить в виде схемы:

N2 + 3H2 Û 2 NH3
Cнач, моль/л 11,2 моль/л -
Сизрасход, моль/л   40%=2,4 : =1 :3 2,43´=7,2 -
Сравн, моль/л   6 – 2,4 =3,6   11,2 – 7,2 = 4 : =1 :2 2,4´2=4,8

С помощью этой схемы можно рассчитать как равновесные, так и исходные концентрации.

Для нахождения константы равновесия, надо записать ее математическое выражение. Данная реакция является гомогенной, т.к. протекает в одной фазе (в системе присутствуют только газы), следовательно,

Подставив в математическое выражение константы значения равновесных концентраций веществ, определим

Математическое выражение константы равновесия в условия Р, Т=const

,

где Р- равновесные парциальные давления реагентов, указанных в нижнем индексе.

Для реакции аА + bB +…= dD + qQ+… связь Кр и Кс устанавливается с использованием закона Клайперона-Менделеева: Кр=Кс(RT)Dn, где Dn- разность сумм стехиометрических коэффициентов продуктов реакции и исходных веществ, находящихся в газообразном состоянии, т.е. Dn=(d + q +…) – (a + b +…).

В нашем случае Dn=2 – (1+3) =-2 и, следовательно, Кр=Кс(RT)-2, т.е. Кр и Кс численно не совпадают.

 

Пример 2. Реакция протекает по уравнению H2(г) + I2(г) = 2HI(г). Определить исходные концентрации водорода и иода, если равновесные концентрации (моль/л): [H2] = 1; [I2]= 2; [HI] = 10. Установить взаимосвязь Кр и Кс.

Решение: Исходная концентрация каждого вещества равна сумме количества прореагировавшего вещества и его равновесной концентрации:



Сисх = Сравн + Спрореаг.

Количества прореагировавших водорода и иода определяем из уравнения реакции,

согласно которому для образования 2 моль необходимо израсходовать по 1 моль водорода и иода. Следовательно, для образования 10 моль HI к моменту равновесия прореагировало по 5 моль H2 и I2. Т.о.,

Сисх (H2) = 5+1 = 6 моль/л;

Сисх (I2) = 5+2 = 7моль/л.

Взаимосвязь Кр и Кс устанавливается согласно уравнению Кр = Кс(RT)Dn, Dn=2 – (1+1) =0 и, следовательно, Кр=Кс(RT)0=Кс.

 

Пример 3.Рассчитать константу равновесия реакции

С(графит) +СО2(г) = 2СО(г), если исходная концентрация СО2 равна 2,4 моль/л, а к моменту равновесия его прореагировало 60%. В сторону расходования или в сторону образования СО сдвигается равновесие при уменьшении давления?

Решение:

Данная реакция является гетерогенным процессом, и с учетом того, что концентрация твердой фазы С(графит) -это постоянная величина (условно принимается за 1), математическое выражение константы равновесия записывается в виде:

В процессе реакции изменяется концентрация только СО2. По условию задачи к моменту равновесия прореагировало 60% исходного количества углекислого газа:

моль/л,

следовательно, равновесная концентрация СО2:

Сравн = СисхСпрореаг, т.е.

= 2,4 – 1,44 = 0,96 моль/л.

Сравнивая стехиометрические коэффициенты реакции, видим, что СО образуется в 2 раза больше, чем расходуется СО2, т.е. 2´1,44 = 2,88моль/л.









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.